[发明专利]改性凹土催化合成一硝基甲苯的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种有机中间体的催化合成技术，特别是一种改性凹土催化合成一硝基甲苯的方法。

背景技术

催化反应是指通过催化剂改变反应物的活化能，改变反应物的化学反应速率，而反应前后催化剂自身的量和质均不发生改变的反应。催化剂在化学合成领域应用十分广泛，尤其对于有机化合物的合成具有十分重要的意义。

一硝基甲苯作为一种重要的有机中间体原料，在染料、医药、农药等诸多行业有广泛用途。传统的一硝基甲苯生产以混酸（浓硫酸和浓硝酸）硝化工艺为主，存在设备工艺复杂、能耗高、污染严重、成本高等缺点。近年来，催化合成技术在一硝基甲苯合成领域发挥了重要作用，例如过渡金属复合物、TiO₂/SO₄^2-，TiO₂-ZrO₂/SO₄^2-固体酸、ZSM分子筛、离子液体等催化剂引起了很多关注，但是这些催化剂同样存在一些问题，如成本高、寿命短、稳定性差、效率低等。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种改性凹土催化合成一硝基甲苯的方法，工艺简单，生产成本低。

本发明的技术解决方案为：首先，采用质量浓度65%-98%的浓硝酸在常温磁力搅拌的情况下对凹土进行12h-48h的浸泡，经过滤洗涤、室温干燥，得改性凹土催化剂；其次，在容器中加入甲苯和改性凹土催化剂，常温机械搅拌，逐滴加入质量浓度90%-95%的浓硝酸，通过循环水冷却控制反应温度为50^oC-55^oC，1h-2h反应完成；最后，将反应产物依次进行碱洗、分离、水洗，得黄色一硝基甲苯，改性凹土催化剂干燥后循环使用；其中，甲苯与浓硝酸的质量体积比是1：1-2，改性凹土催化剂加入量为甲苯质量的6-18%。

本发明与现有技术相比，其显著优点：其一、改性凹土催化剂价格低廉，制备过程简易，生产成本很低；其二、该反应合成一硝基甲苯的产率高，甲苯和硝酸的转化率高；其三、改性凹土催化剂代替了常规的硫酸，一硝基甲苯的生产工艺大为简化，无需进行硫酸回收浓缩；其四、改性凹土催化剂可以推广应用于其它芳香类化合物的催化合成。

具体实施方式

    下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。

实施例1：依以下步骤催化合成一硝基甲苯

步骤1：将20g凹土加入到烧杯中，随后加入40ml的质量浓度65%浓硝酸，常温磁力搅拌48h，经过滤洗涤、常温干燥，得改性凹土催化剂；

步骤2：称取30g甲苯倒入三口烧瓶中，加入1.8g改性凹土催化剂，常温机械搅拌，1滴/秒逐滴加入质量浓度90%的浓硝酸45ml，通过循环水冷却控制反应温度为50^oC，1h反应完成；

步骤3：将反应产物依次进行碱洗、分离、水洗，得黄色一硝基甲苯，改性凹土催化剂干燥后循环使用。 

实施例2：依以下步骤催化合成一硝基甲苯

步骤1：将20g凹土加入到烧杯中，随后加入40ml的质量浓度81.5%浓硝酸，常温磁力搅拌30h，经过滤洗涤、常温干燥，得改性凹土催化剂；

步骤2：称取30g甲苯倒入三口烧瓶中，加入3.6g改性凹土催化剂，常温机械搅拌，1.5滴/秒逐滴加入质量浓度92.5%的浓硝酸45ml，通过循环水冷却控制反应温度为52.5^oC，1.5h反应完成；

步骤3：将反应产物依次进行碱洗、分离、水洗，得黄色一硝基甲苯，改性凹土催化剂干燥后循环使用。 

实施例3：依以下步骤催化合成一硝基甲苯

步骤1：将20g凹土加入到烧杯中，随后加入40ml的质量浓度98%浓硝酸，常温磁力搅拌12h，经过滤洗涤、常温干燥，得改性凹土催化剂；

步骤2：称取30g甲苯倒入三口烧瓶中，加入5.4g改性凹土催化剂，常温机械搅拌，2滴/秒逐滴加入质量浓度95%的浓硝酸60ml，通过循环水冷却控制反应温度为55^oC，2h反应完成；

步骤3：将反应产物依次进行碱洗、分离、水洗，得黄色一硝基甲苯，改性凹土催化剂干燥后循环使用。